Transcript TD Chap T-4
TD Chap T-4 : application du 1 ier principe Ex 1 : Variation de l'enthalpie d'un corps pur avec la température Déterminer la variation d'enthalpie d'un système comportant 2,00 mol de magnésium au cours d'une transformation sous pression constante a P°, où la température varie entre TI=298K et TF=1500K. Selon la température, le métal obtenu est solide, liquide ou gazeux. Données : Fusion ébullition T changement d’état (°C) 651 1107 ΔrH° de changement d’état 8.96 136.0 -1 (kJ.mol ) -1 -1 Cp° (Mg) J.K .kg -1 M(Mg)=24.0 g.mol solide 995 Liquide 1355 gaz 873 Ex 2 : Indiquer si les réactions suivantes sont des réactions de formation a 298 K. Identifier l’erreur et corriger la. 1. 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) = NH3(g) 2. C(diamant) + O2(g) = CO2(g) + 3. Na (aq) + Cl (aq) = NaCl(s) 4. C3H6O(l) = 3 C(graphite) + 3 H2(g) + ½ O2(g) 5. Si(s) + O2(g) = SiO2(s) 6. 4 Al(l) + 3 O2(g) = 2 Al2O3(s) Ex 3 : Ecrire la réaction de formation a 298 K des espèces suivantes : 1. HCl(g) 2. C2H5OH(l) 3. MgO(s) 4. Fe2O3(s) 5. Mg(OH)2(s) PbO (cr) PbS (cr) Hg (g) Cu2O (cr) MgO (cr) HgS (cr) -314.4 -94,3 61,33 -168,6 -601,6 -58,2 Ex 5 : Réaction d’atomisation On appelle réaction d’atomisation d’un constituant la réaction qui consiste à décomposer une molécule polyatomique gazeuse en ses atomes constitutifs gazeux. Ex : la réaction d’atomisation du méthane CH4 a pour bilan : CH4(g) C(g) + 4 H(g) ΔrH° = ΔatoH°(CH4) la réaction d’atomisation du méthanol CH3OH a pour bilan : CH3OH(g) C(g) + 4 H(g) + O(g) ΔrH° = ΔatoH°(CH3OH) 1. Exprimer littéralement l’enthalpie d’atomisation du méthanol ΔatoH°(CH3OH) à 298 K en fonction des enthalpies standard de dissociation de liaison ΔdisH°(C–H), ΔdisH°(O–H) et ΔdisH°(C–O) à 298 K. 2. En appliquant la même méthode, et en utilisant les données, calculer numériquement l’enthalpie standard de réaction ΔrH°(298 K) de la réaction suivante : C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) Données : A T = 298 K Liaison AB C-H -1 ΔdisH°(AB) (kJ.mol ) 411 Ex 4 : utilisation des enthalpies standard de formation fH°. Equilibrer les équations bilans suivantes et déterminer leur enthalpie standard de réaction rH° à 298 K. Quelles sont les réactions exothermiques ? (1) Mg (cr) + CO2 MgO (cr) + C (2) Cu2O (cr) + Cu2S (cr) Cu (l) + SO2 (g) PC (3) HgS (cr) + O2 Hg (g) + SO2 (g) (4) PbS (cr) + O2 PbO (cr) + SO2 (g) (5) UF4 (cr) + Ca (cr) U(cr) + CaF2 (cr) -1 Données : fH° à 298 K en kJ.mol CaF2 (cr) SO2 (g) Cu2S (cr) Cu (l) UF4 (cr) CO2 (g) -1219.9 -296,81 -79,5 +10,2 -1854 -393,51 C-C 360 O=O 497 C=O 795 O-H 460 Ex 6 : Détermination d’une énergie réticulaire Déterminer l’énergie réticulaire du cristal d’oxyde de fer(II) grâce aux données fournies à 298 K -1 ΔsubH°(Fe) = 404 Kj.mol -1 ΔfH°(FeO) = -273 Kj.mol -1 Ae(O) = 141 Kj.mol -1 Ae(O ) = 851 Kj.mol -1 ΔdisH°(O=O) = 498 Kj.mol Potentiels d’ionisation du fer Page 1 sur 2 TD Chap T-4 : application du 1 ier principe PI1(Fe)=7.9 eV PI2(Fe)=16.19eV Cette opération consiste à brûler la blende dans l’air pour la transformer suivant l’équation : ZnS(s) + 3/2 O2(g) ZnO(s) + SO2(g) Ex 7: 1. On considère la molécule A-B, où A et B représentent des atomes ou des groupements d'atomes. Définir l'énergie de liaison covalente A-B dans cette molécule. 2. Calculer l'énergie E de la liaison C-C dans les alcanes. 3. Calculer l'énergie E de la liaison dans les alcènes. Cette réaction se fait à 1350 K. On cherche à déterminer si elle peut être auto entretenue, c'est-à-dire si la chaleur produite par la réaction est suffisante pour porter les réactifs de la température ambiante à la température de la réaction. Données à 298 K. Les enthalpies de combustion molaire standard à 298 K valent: -1 rH° combustion (C graphite) = -393 kJ.mol -1 rH° combustion (C2H4) = -1410 kJ.mol -1 rH° combustion (C2H6) = -1532 kJ.mol -1 fH° (eau liquide) = -286 kJ.mol -1 disH° (H-H) = 431 kJ.mol -1 disH° (C-H) = 414 kJ.mol (dans les hydrocarbures) Chaleur latente molaire de sublimation du graphite à 298 K: LC = 718 -1 kJ.mol Ex 8 : 1. On considère une lampe à alcool qui brûle de l’éthanol en utilisant de l’air en quantité stœchiométrique. Ecrire la réaction. 2. Si on admet que la chaleur libérée par la combustion est entièrement utilisée pour élever la température des produits finaux de la réaction, la température théorique atteinte par ces produits est appelée température de flamme. Calculer la température de flamme dans le cas présent, les réactifs étant initialement à 298 K. 3. Critiquer brièvement le modèle utilisé pour calculer une telle température. Données dans l’état standard à 298K : N2(g) O2(g) H2O(g) 0 0 -241.8 fH° -1 (kJ.mol ) Cp° 29 .1 29.4 33.6 -1 -1 (J.K .mol ) Ex 9 : PC CO2(g) -393.5 C2H5OH(l) -277.6 37.1 112.0 0. Rappeler les conditions d’utilisation et l’énoncé de l’approximation d’Ellingham. 1. A l'aide des données thermodynamiques ci-dessous, calculer la variation d'enthalpie standard de la réaction de grillage à 1 350 K. On se placera dans le cadre de l’approximation d’Ellingham. 2. On suppose d'abord que le minerai n'est formé que de sulfure de zinc. À quelle température serait porté un mélange stœchiométrique formé d'une mole de ZnS et de la quantité d'air appropriée, initialement à 298 K, par la chaleur dégagée lors du grillage à 1 350 K du ZnS dans les conditions standard. On considérera l'air comme un mélange de 1 mole de O2 et de 4 moles de N2. Conclure sur la possibilité de caractère auto-entretenu de la réaction. 3. En réalité, la blende utilisée n'est pas pure. Elle est associée à une gangue que nous admettrons constituée de silice Si02 . Quelle doit être dans ce cas la teneur minimale en ZnS du minerai pour que la réaction soit auto-entretenue ? On donnera la réponse en gramme de ZnS pour cent grammes de minerai. Données thermodynamiques à 298 K : Composé Zn0(s) S02(g) ZnS(s) -1 -347,98 - 296,90 - 202,92 fH°/kJ mol -1 -1 Cp° /J.K .mol 51,64 51,10 58,05 -1 Masses molaires • M(Si02) = 60,1 g mol métallurgie du zinc par voie sèche : grillage de la blende. Page 2 sur 2 02(g) N2(g) Si02(g) 0 0 34,24 30,65 72,5 -1 • M(ZnS) = 97,5 g mol .